[发明专利]60GHz OFDM无线通信系统的帧同步方案

说明书

技术领域

本发明涉及一种60GHz OFDM无线通信系统的帧同步方案，针对IEEE802.11ad标准采用的60GHz OFDM无线通信系统，设计了适用于该系统的帧检测同步方案，以确定帧头的起始位，从而进行正确的解调。

背景技术

当前无线通信频谱资源的日趋紧张以及数据传输速率的不断提高，使得60GHz频段无线短距通信技术越来越受到关注，成为未来无线通信技术中最具潜力的技术之一。60GHz属于毫米波通信技术，面向PC、数字家电等应用，能够实现设备间数Gbps的超高速无线传输。毫米波与较低频段的微波相比，其特点是：①可利用的频谱范围宽，信息容量大；②易实现窄波束和高增益的天线，因而分辨率高，抗干扰性好；③穿透等离子体的能力强；④多普勒频移大，测速灵敏度高。60GHz原始数据的最高速度达到25000Mbps，而802.11n标准和UWB只能分别实现600Mbps和480Mbps的传输速度。例如：用802.11n需要近一个小时才能传完的DVD，用60GHz则只需要15秒。IEEE802.11ad规定的体制有多种，其中多载波正交频分复用(OFDM)技术被建议作为室内60GHz无线个人通信的物理层标准之一。多载波正交频分复用(OFDM)是一种高效的数据传输技术，它通过相互正交的子载波并行的传输数据，频带利用率高，抗多径干扰能力强。OFDM技术已在通信等领域得到广泛的应用，例如欧洲标准DAB、DVB、ADSL、IEEE802.11a和HIPERLAN II等。在传统窄带OFDM系统中，若定时偏差超前而不超过保护间隔，则只带来子载波间干扰(ICI)，需要用信道估计的方法在频域补偿，若滞后则还会带来符号间串扰(ISI)，造成信噪比损失，系统性能严重下降。

IEEE802.11ad标准规定了一种60GHz OFDM无线通信系统，其系统简略框图如图1所示，该系统的信道带宽为2.16GHz，传输速率可高达2.64Gbps，频带四个中心频率为57.24、59.40、61.56和63.72GHz，其频带划分如图2所示，在低速率时可分别使用，如需高速传输可合并使用。系统由4992点前导和15个OFDM符号组成。系统采用336点LDPC编码，16点QAM调制，FFT长度为512，其中336个信息子载波、16个导频子载波、3个直流子载波和157个空子载波。发送端IFFT后加入长度为128的CP作为保护间隔，组成长度为640的OFDM符号。每帧开始为前导序列，由短训练序列和长训练序列组成。短训练序列主要实现帧同步和频偏估计的功能，长训练序列主要实现信道估计。如图1所示，短训练序列由17个重复的128点Golay互补序列Ga组成，长训练序列由Gv、Gu和-Gb组成。其中

Gv=[-Gb Ga -Gb -Ga]

Gu=[-Gb -Ga Gb -Ga]

Ga和Gb为经过上采样的192点Golay互补序列。系统的帧结构如图3所示。

发明内容

本发明以探求60GHz无线通信系统快速精确帧同步为背景，提出了一种60GHz的OFDM无线通信系统快速精确帧同步方案。其主要思想是利用IEEE802.11ad标准中规定的帧头前导Golay互补序列的相关性。用接收到的前导Golay互补序列与本地保存的Golay互补序列做互相关，自适应地判决门限得到明显的相关峰，达到了精确同步的效果。为提高同步速度，采用隔点相关法和虚部相关法使计算量减少为原来的1／20。因此，本发明减小了系统运算的复杂度，实现了快速准确的帧同步检测，满足了该突发分组通信系统技术参数的要求。

本发明的技术方案：

使用经过信道后帧头中的短训练序列，即17个重复的Golay互补序列与本地保存的Golay互补序列(Ga)进行互相关运算，以进行帧头检测。由于训练序列本身的相关性较好，且Golay互补序列中的每一个数值都能找到一个和其相反数最接近的数，所以在和数据部分做相关时抑制了毛刺的出现。这样使得相关峰值比较突出，利于精确同步。采用自适应判决门限值，可以实现训练序列的起始点相对于其它数据点有较高的峰值差，以便准确检测。通过隔点遍历的方法求帧头的精确起始位置，从而以减少进行相关运算量，降低复杂度。同时对于信噪比较好的信道情况，通过只计算数据实部或虚部的相关值，以降低系统的复杂度。

本发明的有益效果：